CN104533618B - 基于离子电流检测发动机超级爆震的系统和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于离子电流检测发动机超级爆震的系统，包括一离子电流检测装置，所述的离子电流检测装置用于检测发动机气缸内的离子电流信号，并将检测到的离子电流信号传送到控制器；一控制器，用于接收由所述的离子电流检测装置传送来的离子电流信号；所述控制器基于所述离子电流信号计算离子电流积分值和升高率，并基于积分值和升高率判断当前循环是否发生超级爆震。同时，本发明还提供一种检测方式，用于检测发动机气缸内的离子电流信号；计算和标定超级爆震判断阈值；计算离子电流积分值和升高率；基于计算值与标定阈值进行比较判断当前燃烧循环是否发生超级爆震。本发明所公开的系统及检测方法成本低并且可实际用于车辆中。

Description

基于离子电流检测发动机超级爆震的系统和检测方法

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，特别涉及用于检测发动机超级爆震的系统及检测方法。

背景技术

超级爆震为偶发的非正常燃烧现象，其根本原因目前尚未有任何定论。其产生现象是在火花塞点火之前开始着火燃烧，导致瞬时缸内压力可能超过20MPa，缸内压力波动剧烈；并且对发动机的危害巨大，常规的爆震控制措施对该现象无效。超级爆震主要发生在低速高负荷工况下，尤其在增压缸内直喷式汽油机中较为明显。随着汽油机的小型化和增压化的趋势，超级爆震的检测和控制问题显得尤为重要。

传统的超级爆震检测方法为通过缸内压力传感器或者光学摄影技术，这些方法成本高且无法用于实际成品车辆中。因此需要寻找一种成本低，便于布置于实际车辆上的检测发动机超级爆震的方法。

例如在已有研究中，清华大学的王志在已公开的专利201310311673.4“一种超级爆震的判定及控制方法”中通过爆震传感器判断超级爆震信号，并采用多次喷油策略，减小节气门开度，断油等方法一致超级爆震，避免超级爆震对发动机的损坏。

发明内容

本发明旨在提供一种基于离子电流检测发动机超级爆震的系统和检测方法，可以解决无法低成本可实际应用的检测超级爆震的问题。本专利可以通过缸内离子电流装置，有效检测到超级爆震的离子电流信号，并且通过计算离子电流阈值及离子电流升高率与台架标定的超级爆震阈值做比较，判断发动机是否发生超级爆震。与现有技术相比，本发明所提供的检测方法更为精确而有效。

为达到上述发明目的，本发明提供一种基于离子电流检测发动机超级爆震的系统，包括：

一离子电流检测装置，所述离子电流检测装置装备在各气缸上并检测发动机气缸内的离子电流信号，并将检测到各缸的离子电流信号传送到控制器；

一控制器，用于接收由所述的离子电流检测装置传送来的离子电流信号；所述控制器基于所述各缸离子电流信号判断该缸当前燃烧循环是否发生超级爆震。同时，所述的控制器还可以结合缸体上的爆震传感器判断具体发生超级爆震的气缸；

所述离子电流检测装置包括点火线圈、火花塞、瞬态抑制二极管、电容、短路检测电阻和普通二极管，所述点火线圈次级线圈分别与火花塞输入极和电容连接，所述电容与短路检测电阻连接，所述电容上并联瞬态抑制二极管，所述短路检测电阻并联一普通二极管，所述点火线圈初级线圈连接放大三极管集电极。

在上面所公开的方案中，也可得出一种基于离子电流检测发动机超级爆震的检测方法，至少包括如下步骤：

第一步，离子电流检测装置检测发动机气缸内的离子电流信号，并将检测到的离子电流信号传送到控制器。

第二步，控制器将所述离子电流信号进行滤波处理，提取点火线圈放电时刻离子电流信号点和离子电流峰值点。

第三步，所提取的点火线圈放电时刻离子电流信号点和离子电流峰值信号点，计算离子电流积分值和升高率；其中，所述的点火线圈放电时刻离子电流信号点为在点火线圈放电时刻，在离子电流曲线中寻找该时刻对应的点；所述的离子电流峰值信号点为在点火线圈放电结束之后，寻找到的离子电流峰值。

第四步，控制器基于所提取的点火线圈放电时刻离子电流信号点和离子电流峰值信号点计算离子电流积分值和升高率，并判断当前循环是否发生超级爆震：具体为，所述控制器以如下方式判断当前燃烧循环是否发生早燃：基于所述离子电流信号提取点火线圈放电时刻离子电流信号点和离子电流峰值信号点；计算离子电流积分值；将计算出的离子电流积分值与预设的超级爆震积分阈值相比较；基于所述离子电流信号计算离子电流升高率；将计算出的离子电流升高率与预设的超级爆震升高率阈值相比较；如果所述离子电流积分值大于积分阈值，且离子电流升高率大于升高率阈值，则判定结果为“发生超级爆震”；如果所述离子电流积分值小于积分阈值，且离子电流升高率小于升高率阈值，则判定结果为“正常燃烧”。

在上面所公开的方案中，所述超级爆震积分阈值和升高率阈值由如下公式确定：

公式（1）为所述超级爆震积分阈值：

公式（2）为所述超级爆震积分升高率阈值：

其中是修正系数、是点火放电信号的时间积分值、表示以转速和负荷为横纵坐标的发动机MAP图。

在上面所公开的方案中，优选地，通过实验标定的方式获得并设定所述超级爆震阈值。超级爆震积分阈值的标定主要是标定修正系数。在定转速，负荷接近临界超级爆震工况的负荷下选取多个循环的离子电流曲线，分别计算出每个循环的，并且计算出每个循环的离子电流积分值I，根据公式（1）反推出每个循环的修正系数k，并取平均值作为该转速下，临界超级爆震负荷下的修正系数。

超级爆震积分升高率阈值的标定主要是标定阈值本身。在定转速，负荷接近临界超级爆震工况的负荷下选取多个循环的离子电流曲线，分别计算出每个循环的离子电流升高率，将所有循环的离子电流升高率值取平均值作为该转速下，临界超级爆震负荷下的超级爆震积分升高率阈值。

在上面所公开的方案中，优选地，所述控制器以如下公式计算所述离子电流积分值和离子电流升高率：

公式（3）为所述离子电流积分值公式：

公式（4）为所述离子电流升高率公式：

其中，是离子电流积分值、是离子电流升高率、是第度曲轴转角下的离子电流信号、是离子电流峰值对应的曲轴转角、是点火线圈放电时刻对应的曲轴转角、是离子电流峰值信号大小，是点火线圈放电时刻对应的离子电流信号大小。

在上述所公开的方案中，所述离子电流积分值的积分区间为点火线圈放电时刻对应的曲轴转角到离子电流峰值信号的曲轴转角。

在上面所公开的方案中，优选地，所述离子电流检测装置进一步用于对获取的原始离子电流信号执行滤波、整形、反相和限幅操作，从而得到去除噪声信号的，非负值的离子电流信号，且该信号电压不会因过高而导致采集卡受到损坏，之后将经处理的离子电流信号传送到所述控制器。

与现有技术相比，本发明所公开的用于检测发动机超级爆震的系统及检测方法具有以下优点：（1）成本较低；（2）实际车辆中便于布置；（3）判断逻辑简单，适宜在发动机上大规模采用离子电流检测装置；（4）可以准确的检测每个气缸是否发生超级爆震，同时判断超级爆震强度。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的用于检测发动机超级爆震的系统的示意性结构图；

图2是根据本发明的实施例的离子电流检测装置的示意性电路图。

附图中标号说明：

1——发动机气缸；

2——离子电流检测装置；

3——控制器。

41——点火线圈； 42——火花塞；

43——普通二极管； 44——电容；

45——检测电阻； 46——瞬态抑制二极管。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

图1是根据本发明的实施例的用于检测发动机超级爆震的系统的示意性结构图。如图1所示，本发明所公开的用于检测发动机超级爆震的系统包括离子电流检测装置和控制器。离子电流检测装置检测发动机各缸的离子电流信号，并将检测到的离子电流信号发送到控制器中。控制器基于接受到的离子电流信号判定当前循环是否发生超级爆震。

优选地，在本发明所公开的用于检测发动超级爆震的系统中，控制器以如下方式判断当前循环是否发生超级爆震：

（1）基于所述离子电流信号进行滤波去噪，获得火花塞点火放电时刻离子电流信号点和离子电流峰值信号点。

（2）基于所述离子电流信号计算离子电流积分值；将计算出的离子电流积分值与预设的超级爆震积分阈值相比较；基于所述离子电流信号计算离子电流升高率；

（3）将计算出的离子电流升高率与预设的超级爆震升高率阈值相比较；如果所述离子电流积分值大于积分阈值，且离子电流升高率大于升高率阈值，则判定结果为“发生超级爆震”；如果所述离子电流积分值小于积分阈值，且离子电流升高率小于升高率阈值，则判定结果为“正常燃烧”。

图2是根据本发明的实施例的离子电流检测装置的示意性电路图。火花塞42在点火线圈41右侧线圈被感应时产生的高压电势差击穿，进行发动机点火过程。由于发动机缸内温度较高，尤其是在燃烧过程中温度变化剧烈，缸内热电离离子和化学电力离子在火花塞42电极的电势差下形成电流，封闭了整个离子电流检测电路的回路。瞬态抑制二极管43的作用是当点火线圈41右侧线圈被感应产生的电势较高时保护电容44不被击穿，同时限制了电容44充电过程的最大电势。普通二极管46的作用是当电容充电过程时，可以短路检测电阻45从而不影响电容充电过程。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例，做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于离子电流检测发动机超级爆震的系统，包括：

一离子电流检测装置，所述的离子电流检测装置用于检测发动机气缸内的离子电流信号，并将检测到的离子电流信号传送到控制器；

所述离子电流检测装置包括点火线圈、火花塞、瞬态抑制二极管、电容、短路检测电阻和普通二极管，所述点火线圈次级线圈分别与火花塞输入极和电容连接，所述电容与短路检测电阻连接，所述电容上并联瞬态抑制二极管，所述短路检测电阻并联一普通二极管，所述点火线圈初级线圈连接放大三极管集电极；

其特征在于，

一控制器，用于接收由所述的离子电流检测装置传送来的离子电流信号；所述控制器基于所述离子电流信号计算离子电流积分值和升高率，并基于积分值和升高率判断当前循环是否发生超级爆震。

2.一种基于离子电流检测发动机超级爆震的检测方法，至少包括如下步骤：

第一步，离子电流检测装置检测发动机气缸内的离子电流信号，并将检测到的离子电流信号传送到控制器；

第二步，控制器将所述离子电流信号进行滤波处理，提取点火线圈放电时刻离子电流信号点和离子电流峰值点；

第三步，所提取的点火线圈放电时刻离子电流信号点和离子电流峰值信号点，计算离子电流积分值和升高率；其中，所述的点火线圈放电时刻离子电流信号点为在点火线圈放电时刻，在离子电流曲线中寻找该时刻对应的点；所述的离子电流峰值信号点为在点火线圈放电结束之后，寻找到的离子电流峰值；

所述超级爆震积分阈值公式为：

所述超级爆震积分升高率阈值公式为：

其中是修正系数、是点火放电信号的时间积分值、表示以转速和负荷为横纵坐标的发动机MAP图；

所述离子电流积分值和离子电流升高率计算公式如下：

所述离子电流积分值计算公式为：

所述的离子电流升高率计算公式为：

其中，是离子电流积分值、是离子电流升高率、是第度曲轴转角下的离子电流信号、是离子电流峰值对应的曲轴转角、是点火线圈放电时刻对应的曲轴转角、是离子电流峰值信号大小，是点火线圈放电时刻对应的离子电流信号大小；

所述离子电流积分值的积分区间为点火线圈放电时刻对应的曲轴转角到离子电流峰值信号的曲轴转角；

第四步，控制器基于所提取的点火线圈放电时刻离子电流信号点和离子电流峰值信号点计算离子电流积分值和升高率，并判断当前循环是否发生超级爆震：具体为，所述控制器以如下方式判断当前燃烧循环是否发生早燃：基于所述离子电流信号提取点火线圈放电时刻离子电流信号点和离子电流峰值信号点；计算离子电流积分值；将计算出的离子电流积分值与预设的超级爆震积分阈值相比较；基于所述离子电流信号计算离子电流升高率；将计算出的离子电流升高率与预设的超级爆震升高率阈值相比较；如果所述离子电流积分值大于积分阈值，且离子电流升高率大于升高率阈值，则判定结果为“发生超级爆震”；如果所述离子电流积分值小于积分阈值，且离子电流升高率小于升高率阈值，则判定结果为“正常燃烧”。